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中科院DUV光源新突破!

日期:2025-03-24 閱讀:620
核心提示:中國科學院研究人員成功研發突破性的固態深紫外(DUV)激光,能發射 193 納米的相干光(Coherent Light),該波長目前被用于半導體曝光技術。

 據國際光電工程學會報道,中國科學院研究人員成功研發突破性的固態深紫外(DUV)激光,能發射 193 納米的相干光(Coherent Light),該波長目前被用于半導體曝光技術。

據報道而這項技術已在中國實驗室中實現。如果光源技術能夠擴展,此裝置就可以用來制造曝光設備,但至于固態激光是否能成功擴展應用,仍存在未知數。

以傳統技術來看,ASML、Canon和Nikon的DUV光刻機利用氟化氬(ArF)準分子激光產生193nm光源。激光腔內包含氬氣與氟的混合物,以及氖氣作為緩沖氣體。當施加高壓電脈沖時,氬原子與氟原子被激發,短暫形成不穩定分子ArF(或準分子),此分子迅速返回基態,釋放出波長為193納米的光子。由于激光以短而高能量的脈沖方式發射這些光子,輸出功率高達 100W-120W、頻率在 8~9 kHz,然后這束 193 納米光束透過光學系統進行整形、引導與穩定后,當光線進入曝光掃描機時,會透過光罩(photomask)將芯片電路圖案曝光至晶圓上。

中國科學院開發的測試裝置采用全固態方法產生193nm的光,完全避免使用氣體的準分子激光。它先使用自制的Yb:YAG晶體放大器,產生1,030納米的激光光束,隨后該光束被分成兩條光路,每條光路都經過不同的光學制程,以產生193納米所需的組件。

在第一條路徑中,1,030納米光束透過四倍頻產生(FHG,Fourth-Harmonic Generation)轉換成258納米的光束。「四倍頻生成」是種非線性光學制程,可將激光光束轉換成原始波長的四分之一。在第二條路徑中,1,030納米光束的另一半被用于泵浦光學參數放大器,產生功率為700 mW的1,553納米光束。這兩個光束(258納米和1,553納米)之后在串聯的三硼酸鋰(LBO)晶體中結合,產生波長為193納米的相干光,平均功率為70 mW,工作頻率為6 kHz。中國科學院表示,測試系統的線寬窄于880 MHz,其光譜純度性能可媲美目前使用的商用系統。

中國科學院系統使用全固態激光產生193nm的光,具備70 mW的平均功率和6 kHz的運作頻率,并實現小于880 MHz的窄線寬。然而,這一測試系統的輸出功率相比ASML ArF準分子激光系統仍存在數個數量級的差距,后者可提供100~120W的功率,且運作頻率達9 kHz。雖然中國科學院的初步技術展示了可行性,但目前的低功率輸出使其還無法滿足商業化半導體制造的需求,因為芯片生產高度依賴高通量與穩定的制程,因此若要使這項技術成為可行的微影光源,可能還需經歷多代技術開發與提升。

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